CN101087071A - 电源供应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源供应器，该电源供应器于无系统电源时提供电源给即时时钟产生器，且包括第一与第二稳压器、一储能装置以及一开关，所述的第一稳压器接收一系统电源，并于有系统电源时产生第一稳压电压，储能装置耦接至一节点，所述的第二稳压器包括一耦接至所述的节点的输入并提供一第二稳压电压给一即时时钟产生器，所述的开关耦接于所述的第一稳压器与所述的节点之间，所述的开关于有系统电源时导通，并于无系统电源时关闭。本发明提供的即时时钟的电源供应器可于无系统电源时作为备用的电源供应，此外，本发明的电源供应器相较于传统电源供应器可在无系统电源时维持得较久，且其改善效果在先进的半导体制造工艺中更为显著。

Description

电源供应器
技术领域
本发明是有关于电源供应器，特别是有关于即时时钟的电源供应器。
背景技术
现有的大部分电子系统都具有即时时钟，其可在电子系统关闭时继续计算时间，一般而言，即时时钟是依靠一未连接至常态电源供应器的特殊电池维持运作。
图1A与图1B为美国专利US6,016,019所揭露的传统即时时钟的电源供应器，于图1A中，即时时钟产生依靠两个电源来源，分别为系统电源VSYS以及一电池电源VBATT，一稳压器102接收该电池电源VBATT并产生一参考电压VREF，一电源选择电路PS包括一放大器26、一反相器28以及晶体管30与32，当系统电源VSYS超过参考电压VREF时，电源选择电路PS选择系统电源VSYS作为即时时钟电路的电源供应VPP，当系统电源VSYS低于参考电压VREF时，电源选择电路PS选择参考电压VREF作为即时时钟电路的电源供应VPP，因此，即便失去了系统电源VSYS，仍有电源可以用来维持系统的时间。
图2为美国专利US5,905,365所揭露的另一传统即时时钟的电源供应器，其操作与美国专利US6,016,019所揭露的相似，其差异在于美国专利US5,905,365所揭露的选择电路为一二极管，供应给即时时钟电路的电压会比系统电源VCC或电池电源BATT低一个二极管的压降，当系统电源VCC低于电池电源BATT时，二极管D1逆偏且二极管D2顺偏，因此当系统电源无法供应足够的电源给即时时钟电路RTC时，电池电源BATT便取而代之。
于传统即时时钟的电源供应器中，系统电源VSYS或VCC通常为系统中较高甚至最高电位，然而，在先进的半导体制造工艺中，即时时钟电路通常是以耐压性较差的核心元件所建构，因此，便需有一可提供足够电源给即时时钟电路，而又不会超过所述的低耐压电位的电源供应器。
发明内容
一种电源供应器，该电源供应器于无系统电源时提供电源给即时时钟产生器，且包括第一与第二稳压器、一储能装置以及一开关，所述的第一稳压器接收一系统电源，并于有系统电源时产生第一稳压电压，储能装置耦接至一节点，所述的第二稳压器包括一耦接至所述的节点的输入并提供一第二稳压电压给一即时时钟产生器，所述的开关耦接于所述的第一稳压器与所述的节点之间，所述的开关于有系统电源时导通，并于无系统电源时关闭。
一种电源供应器，所述的电源供应器于无系统电源时提供电源给即时时钟产生器，且包括一储能装置、一稳压器以及一开关，储能装置耦接至一节点，所述的稳压器包括一耦接至所述的节点的输入并提供一稳压电压给一即时时钟产生器，所述的开关耦接于所述的第一稳压器与所述的节点之间，所述的开关于有系统电源时导通，并于无系统电源时关闭。
本发明提供一种即时时钟的电源供应器，于本发明的电源供应器中，系统电源可对一可充电的电池进行充电，所述的可充电电池可于无系统电源时作为备用的电源供应，此外，本发明的电源供应器相较于传统电源供应器可在无系统电源时维持得较久，且其改善效果在先进的半导体制造工艺中更为显著。
附图说明
图1A与图1B为美国专利US6,016,019所揭露的传统即时时钟的电源供应器。
图2为美国专利US5,905,365所揭露的另一传统即时时钟的电源供应器。
图3为一电源供应器的电路图。
图4为依据本发明一实施例的即时时钟的电源供应器的电路图。
附图标号
VSYS～系统电源；             VBATT～电池电源；
102～稳压器；                VREF～参考电压；
PS～电源选择电路；           26～放大器；
28～反相器；                 30、32～晶体管；
VPP～电源供应；              D1、D2～二极管；
300～电源供应器；            310～线性稳压器；
320～储能装置；              SW～开关；
Ampl～放大器；               MP～晶体管；
R1、R2～电阻；               311、411～反相输入端；
313、413～非反相输入端；     N～节点；
Vref～参考电压；             Vbat～电池电源；
No～输出节点；               410～第一稳压器；
420～第二稳压器；            430～储能装置。
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
于本发明的揭露内容中，一手机被用来作为有一即时时钟产生器的电子系统的范例，手机内系统电源(即电池电源)的电压一般介于3.3V至4.2V之间，即时时钟产生器的操作电压在先进半导体制造工艺中逐渐降低(现有的尖端制造工艺中约1.2V)，于是，系统电压比即时时钟产生器内元件的耐压极限更高，因此需要将系统电源降压转换至即时时钟产生器的操作电压。
图3为一电源供应器的电路图，其中一低压降稳压器(low drop-outregulator；LDO regulator)产生一即时时钟产生器RTC的操作电压Vrtc，所述的电源供应器300包括一线性稳压器310、一开关SW以及一储能装置320，所述的线性稳压器310包括一放大器Ampl、一晶体管MP以及电阻R1与R2，该放大器Ampl的一反相输入端311接收一参考电压Vref，且被电池电源Vbat所驱动，P型金属氧化半导体晶体管MP为该放大器Ampl的一输出端所控制，该P型金属氧化半导体晶体管MP的源极连接至所述的电池电源Vbat且其漏极连接至所述的线性稳压器310的一输出节点No，电阻R1的一端耦接至该线性稳压器310的一输出节点No，且其另一端耦接至该放大器Ampl的一非反相输入端313，电阻R2耦接于所述的电阻R1的另一端与接地之间，储能装置320与即时时钟产生器RTC通过所述的开关SW耦接至所述的线性稳压器310的所述的输出节点No。
所述的线性稳压器310将电池电源Vbat转换成即时时钟产生器RTC的操作电压Vrtc，并于电池电源尚在时将电能提供给储能装置320，储能装置320包括Cbat(其为一大电容或一小型的充电电池)，当电池电源Vbat中断时，所述的线性稳压器310无法工作及提供电能给即时时钟产生器RTC，此时，储能装置320持续供应电能给即时时钟产生器RTC直到操作电压Vrtc低于其最低工作电压为止。
当从手机移除电池之后，储能装置320便供应即时时钟产生器RTC所需的电能，当一电流Irtc被供应给即时时钟产生器RTC，电压Vrtc会逐渐下降，在经过一段时间T后，Vrtc会降至即时时钟产生器RTC所需的最低操作电压Vrtc_min，时间T为T＝(Vrtc-Vrtc_min)×Cbat/Irtc，其中Cbat为储能装置320的电容值，而Irtc为即时时钟产生器RTC的静态电流(quiescent current)，为了延长时间T，Vrtc-Vrtc_min或者Cbat需增加，而Irtc需减少，然而，在先进的半导体制造工艺中，Vrtc-Vrtc_min逐渐地减少，且要减少静态电流Irtc十分困难，而增加储能装置320的电容值Cbat会增加晶片面积与成本。
图4为本发明一实施例的即时时钟的电源供应器的电路图，所述的电源供应器包括一第一稳压器410、一第二稳压器420、一储能装置430以及一开关SW，所述的第一稳压器410接收一参考电压Vref并被一系统电源Vbat所驱动，所述的第一稳压器410可为一低压降稳压器(LDO regulator)，较佳而言，所述的第一稳压器包括一放大器Ampl、一晶体管MP、以及电阻R1与R2，所述的放大器Ampl的一反相输入端411接收所述的参考电压Vref，且被电池电源Vbat所驱动，P型金属氧化半导体晶体管MP被所述的放大器Ampl的一输出端所控制，所述的P型金属氧化半导体晶体管MP的源极连接至所述的电池电源Vbat且其漏极连接至所述的第一稳压器410的一输出节点No，电阻R1的一端耦接至所述的第一稳压器410的所述的输出节点No，且其另一端耦接至所述的放大器Ampl的一非反相输入端413，电阻R2耦接于所述的电阻R1的另一端与接地之间，储能装置430耦接至一节点N，储能装置430包括Cbat(其为一电容或一充电电池)，较佳而言，所述的储能装置430包括于所述的节点N与接地之间串联的一电阻Rs与一第一电容，以及一连接于节点N与接地之间的第二电容Cp，如图4所示，于此范例中，所述的第二电容Cp的电容值相较于Cbat而言，是非常小的，所述的第二稳压器420有一耦接至所述的节点N的输入以及一提供电能给即时时钟产生器RTC的输出，所述的开关SW耦接于所述的第一稳压器410与所述的节点N之间。
当所述的电池电源Vbat的电压超过一既定值时，所述的开关SW会导通，值此同时，所述的第一稳压器410将所述的电池电源Vbat降压转换成一第一稳压电压Vreg，由于所述的开关SW导通，所述的第一稳压电压Vreg可移转至所述的节点N，所述的第二稳压器430接收所述的第一稳压电压Vreg并产生所述的第二稳压电压Vrtc，当所述的电池电源Vbat的电压低于所述的既定值时，所述的开关会关闭，由于所述的开关SW关闭，储存于储能装置430中的电能不会回流至所述的第一稳压器410，所述的储能装置430将储存于其内的电能提供给所述的第二稳压器420，而所述的第二稳压器420持续提供所述的第二稳压电压Vrtc给即时时钟产生器RTC直至储能装置430内的电能不足为止。
当从手机移除电池之后，储能装置430便供应即时时钟产生器RTC所需的电能，当一电流(Irtc+Ireg)被供应给即时时钟产生器RTC，电压Vreg会逐渐下降，在经过一段时间T后，Vrtc会降至即时时钟产生器RTC所需的最低操作电压Vrtc_min，时间T’为T’＝(Vrtc-Vrtc_min-Vdrop_out)×Cbat/(Irtc+Ireg)，其中Vdrop_out为所述的第二稳压器420两端的压降，Cbat为储能装置430的电容值，而Irtc为即时时钟产生器RTC的静态电流(quiescentcurrent)，而Ireg为所述的第二稳压器420的静态电流，由于所述的第一稳压电压Vreg未被直接供应给所述的即时时钟产生器RTC，所述的第一稳压电压Vreg可比所述的即时时钟产生器RTC的正常操作电压(即所述的第二稳压电压Vrtc)更高，甚至可达到该电池电源Vbat的电压准位，因此本发明的电源供应器中的(Vrtc-Vrtc_min-Vdrop_out)比前面所揭露的电源供应器的(Vrtc-Vrtc_min)高得多，于是，假若所述的第二稳压器420的静态电流够小，所述的电源供应器对即时时钟产生器RTC所供应的电能可维持较久。
于图4中，所述的开关SW包括一P型金属氧化半导体晶体管TP、一电阻R、以及一N型金属氧化半导体晶体管TN，所述的P型金属氧化半导体晶体管TP的一栅极与一源极通过所述的电阻R相互耦接，所述的P型金属氧化半导体晶体管TP的一漏极耦接至所述的节点N，所述的N型金属氧化半导体晶体管TN的漏极与源极分别连接至该P型金属氧化半导体晶体管TP的栅极与接地，该N型金属氧化半导体晶体管TN的栅极被所述的系统的的一致能信号en所控制，当所述的致能信号en处于一高逻辑状态，所述的N型金属氧化半导体晶体管TN导通，且所述的P型金属氧化半导体晶体管TP的栅极被拉至低电位，于是，所述的P型金属氧化半导体晶体管TP导通且所述的第一稳压电压Vreg被移转至所述的节点N，当所述的致能信号en处于一低逻辑状态，所述的N型金属氧化半导体晶体管TN关闭，且所述的P型金属氧化半导体晶体管TP的栅极与源极的电压准位大致相同，于是，所述的P型金属氧化半导体晶体管TP关闭，且储存于所述的储能装置430内的电能无法回流至所述的第一稳压器410，所述的储能装置430便可提供电能给所述的即时时钟产生器RTC以产生即时时钟。
所述的即时时钟的电源供应器可还包括一控制位闩锁器440，所述的控制位闩锁器440耦接至所述的第二稳压器420，所述的控制位闩锁器440的一控制输入CK与一数据输入D分别接收所述的系统的所述的致能信号en与一控制信号Sc，当所述的电池电源Vbat的电压超过一既定值时，所述的致能信号en处于一高逻辑状态，且所述的控制位闩锁器440接收所述的控制信号Sc并将其直接输出给所述的第二稳压器420，所述的第二稳压器420依据所述的控制信号Sc而进行重新组态，且所述的第二稳压电压Vrtc也可因此而调整，当所述的电池电源Vbat的电压低于所述的既定值时，所述的致能信号en切换至一低逻辑状态，且所述的控制位闩锁器440会锁住所述的控制信号Sc，于是，该数据输出Q的所述的控制位的状态维持不变，且即便当失去了系统电源时，所述的即时时钟产生器RTC仍可继续正常地运作，于此实施例中，所述的第二稳压电压Vrtc依据所述的控制位于不同电压准位中选择出来的。

Claims (18)

1.一种电源供应器，该电源供应器包括：
一第一稳压器，该第一稳压器接收一系统电源，并于有系统电源时产生一第一稳压电压；
一储能装置，该能装置耦接至一节点；
一第二稳压器，该第二稳压器包括一耦接至所述的节点的输入并提供一第二稳压电压给一即时时钟产生器；以及
一开关，该开关耦接于所述的第一稳压器与所述的节点之间，所述的开关于有系统电源时导通，并于无系统电源时关闭。
2.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该电源供应器还包括一控制位闩锁器，耦接至所述的第二稳压器，并于无系统电源时，锁住一系统的控制信号。
3.如权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，控制位闩锁器受所述的系统控制，并于所述的系统电源的电压低于一既定电压时锁住控制信号。
4.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的储能装置为一电容或一充电电池。
5.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的储能装置包括串联于所述的节点与接地之间的一电阻与一第一电容以及一连接于所述的节点与接地之间的第二电容。
6.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的开关受一系统控制，并于所述的系统电源的电压低于一既定电压时关闭。
7.如权利要求6所述的电源供应器，其特征在于，所述的开关包括一栅极与源极通过一电阻相互耦接，且漏极耦接至所述的节点N的P型金属氧化半导体晶体管，以及一漏极与源极分别连接至所述的P型金属氧化半导体晶体管的栅极与接地，且栅极受所述的系统控制的N型金属氧化半导体晶体管。
8.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的第一稳压器为一低压降稳压器。
9.如权利要求8所述的电源供应器，其特征在于，所述的第一稳压器包括一被所述的系统电源所驱动的放大器，于其一反相输入端接收一参考电压，一源极连接至所述的系统电源、栅极耦接至所述的放大器的输出端、且漏极耦接至所述的开关的P型金属氧化半导体晶体管，一一端耦接至所述的P型金属氧化半导体晶体管的漏极且另一端耦接至所述的放大器的一非反相输入端的第一电阻以及一一端耦接至所述的第一电阻的另一端且另一端耦接至接地的第二电阻。
10.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的系统电源为电池。
11.一种电源供应器，该电源供应器包括：
一储能装置，该储能装置耦接至一节点；
一稳压器，该稳压器包括一耦接至所述的节点的输入并提供一稳压电压给一即时时钟产生器；以及
一开关，该开关耦接于所述的稳压器与所述的节点之间，所述的开关于有系统电源时导通，并于无系统电源时关闭。
12.如权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，该电源供应器还包括一控制位闩锁器，耦接至所述的稳压器，并于无系统电源时，锁住一系统的控制信号。
13.如权利要求12所述的电源供应器，其特征在于，控制位闩锁器受所述的系统控制，并于所述的系统电源的电压低于一既定电压时锁住控制信号。
14.如权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，所述的储能装置为一电容或一充电电池。
15.如权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，所述的储能装置包括串联于所述的节点与接地之间的一电阻与一第一电容以及一连接于所述的节点与接地之间的第二电容。
16.如权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，所述的开关受一系统控制，并于所述的系统电源的电压低于一既定电压时关闭。
17.如权利要求16所述的电源供应器，其特征在于，所述的开关包括一栅极与源极通过一电阻相互耦接，且漏极耦接至所述的节点N的P型金属氧化半导体晶体管，以及一漏极与源极分别连接至所述的P型金属氧化半导体晶体管的栅极与接地，且栅极受所述的系统控制的N型金属氧化半导体晶体管。
18.如权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，所述的系统电源为电油。
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